Генна терапія нова ера нової ери

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Кордюм Віталій Арнольдович, член-кореспондент НАН і АМН України

Чим простіше ідея, тим важче вона для практичної реалізації. Скільки сперечаються, чи є життя на Марсі! Ідея рішення дивно проста - полетіти туди і подивитися на місці. До таких "простих" ідей до недавнього часу ставилася проблема радикального лікування хвороб. Оскільки хвороба виникає внаслідок того, що в організмі "щось не так", то зробити щоб було "так" і хвороби не стане. На жаль, як при всіх простих ідеях, вже з наступного кроку, відразу після їх викладу починалися нерозв'язні проблеми. У даному випадку таким першим наступним кроком було з'ясування що ж це таке, "щось", що таке "так" і що таке "не так", яке треба повернути в "так".

Сьогодні відомо, що першоосновою, інформаційною базою всього організму є гени. Зміна їх структури або активності є першопричиною змін в організмі. А хвороба причинно-слідчо пов'язана з дефектом одного з них (або деякої їх частини), тобто ген і є те саме "щось". Тоді слід замінити дефектні гени на повноцінні і "не так" повернеться в "так" - хворий одужає радикально.

Спробуємо сформулювати що для цього треба. Треба знати, який же конкретно ген відповідає своїм дефектом за дану патологію. Цей ген треба отримати. Отримавши - ввести назад в клітку. Зробити так, щоб після введення було забезпечено його необхідну функціонування. У свою чергу кожна з цих "треба" складається з блоку найскладніших проблем, кожна з яких вимагає для свого рішення виконання багатьох завдань "ну дуже" високого ступеня труднощі. Якщо ж все це поєднати у вигляді реальних технологій до людини, то ще недавно здавалося, що спокійно можна прогнозувати реалізацію цієї "простий" ідеї на яке-небудь п'яте чи, ще краще, шосте тисячоліття. Швидше за все, так було б дійсно краще. Але реальність виявилася іншою.

Предтечею прийдешнього стали дуже дивні на той час роботи Гріфітс, який в 1928 р. виявив, що непатогенних пневмокок можна перетворити на патогенний допомогою якоїсь речовини, що міститься в клітинах і яке можна з клітин витягти. Природно, це не могло сприйматися інакше ніж курйоз. Але він як скалка вимагав рішення. Адже речовина викликало не просто зміни, а зовсім (і завжди!) Конкретні. І навіть не дрібні зміни, а поява патогенності. Ну, гаразд, ще б втрату, а то ж появу! Рішення курйозу було знайдено через 15 років. У той час, коли на планеті бушувала друга світова війна і на полях битв її вирішувалися долі людської цивілізації, в тиші лабораторій Евері і Мак Карті вирішували долю самого людства. Природно, вони про це навіть не підозрювали. Але саме ними тоді було показано, що полімерними молекулами дезоксирибонуклеїнової кислоти, тобто хімічно очищеною речовиною, вперше отриманий ще в кінці минулого століття Мишером, можна передавати спадкові ознаки. Речовина є матеріальним носієм спадковості!

Тоді це було зроблено на мікроорганізмах. Але ілюзій, що таке можливо тільки для них, вже не мав ніхто. І коли Уотсон і Крик вибрали для розшифровки просторової структури саме ДНК - вони знали що робили. Запропонована ними в 1953 р. модель будови речовини спадковості показала ту основу, з якою можна працювати. Працювати як з будь-молекулою, роблячи штучно спадковість. Технічно тоді ще це було неможливо. Але всі чудово розуміли, що це справа тільки часу.

Усвідомлюючи те, що трапилося, у своєму сумне прогнозі Чаргаф попереджав, що оволодіння технікою виробництва спадковості в пробірці і реалізація її в живе "щось", призведе до наслідків, у порівнянні з якими атомні бомби, стер з лиця землі Хіросіму і Нагасакі, будуть сприймати як великодні яйця . Але джин вже був випущений з пляшки. Стрімко розвивалася база знань, розгортався гіганський фронт робіт, створювалося те, що пізніше отримало назву "молекулярна генетика" та "молекулярна біологія".

Кілька разів здавалося, що вирішальний крок вже зроблений, але це були тільки зірниці. Грім грянув у 1972 р. Бергом була вперше отримана, а Бойером створена універсальна технологія отримання генів і об'єднання їх у будь-яких комбінаціях - техніка рекомбінантних молекул. Практично стало можливим створення будь-яких генетичних конструкцій. Але на перших порах молекулярний арсенал нової технології був обмежений, а фантазія дослідників жорстко зашорена. Тому почали з реалізації нових можливостей на старій основі. Наприклад, гормон росту видоспецифічний. Для того щоб його використовувати як ліки, з померлої людини витягували гіпофіз, з гіпофіза виділяли гормон росту, очищали, розливали по ампулах і в такому вигляді постачали пацієнтам. Очевидно, що джерело подібного препарату був, м'яко кажучи, обмежений. Але іншого-то не було.

Техніка рекомбінантних молекул дозволяла виділити ген людини, зробити необхідну конструкцію, ввести в клітини (прокаріатіческіе або еукаротіческіе) і з них, вже в необмеженій кількості, отримувати людські білки і пептиди. Залишався останній логічний крок. Навіщо ген вводити в бактерії (або інші об'єкти), отримувати з них людський продукт, чистити, фасувати, а потім знову вводити людині? Адже той же ген можна прямо ввести людині в його клітини, і нехай вони собі синтезують що потрібно. Цей останній крок перекладав генні технології на рівень безпосередньо людини. Людина повинна була стати прямим і безпосереднім об'єктом генетичних маніпуляцій - маніпуляцій, які змінюють його генетичний апарат. Спочатку на рівні соматичних клітин, а далі, як ясно було всім - і зародкових.

За аналогією з наявними, таку технологію тоді називали своїм істинним ім'ям - генна інженерія людини. І перший досвід генної інженерії на людях (спочатку, на самій примітивній, в прямому сенсі цього терміна, методикою) був поставлений в середині 70-х років. Обуренню світової громадськості не було меж. Всі розуміли, що, почавши за здоров'я, скінчать обов'язково інакше. Майже 15 років громадська думка тримало оборону. Але закони людського розуму невблаганні - все що можливо технічно, на що немає непереборних принципових заборон, обов'язково буде втілено в життя. Можливості виправлення генетичних дефектів, радикального рятування від будь-яких хвороб, мали таке очевидне для кожного значення (особисте, для близьких, для дітей), що заперечення падали одне за іншим. Для того щоб остаточно заспокоїти тих, хто сумнівається, змінили термінологію. Тепер це стало називатися "генна терапія". Ну є лікування травами, мікроелементами, вітамінами, антибіотиками і т. д. Додамо ще лікування генами. І в кінці 80-х років, спочатку в США, а потім і в ряді інших країн суто демократично, з загальної згоди почалися санкціоновані випробування на людях, тепер вже під назвою "генної терапії".

Сьогодні на різних стадіях розробки знаходиться більше двохсот клінічних протоколів генної терапії. Як це реалізується практично? У генної терапії досить чітко можна виділити три принципових підходи: лікування класичних спадкових хвороб, "хірургічна" генна терапія і лікування масових патологій. Вони розрізняються особливостями участі в них спадкового апарату людини.

Класичні спадкові хвороби (в основному моногенні) характеризуються дефектом гена, який є у всіх клітинах організму. Цей дефект і веде до патології. Одна (але конкретна) нуклеотидна заміна в гені глобіну призводить до серповидноклеточной анемії; випадання фрагмента гена глобіну - до таласемії і т. д. Порушений тільки один ген. Все інше в організмі не порушено. І, теоретично, якщо ввести в клітини повноцінний ген, то він забезпечить синтез повноцінного продукту, настане радикальне лікування. Звичайно, тут є дуже багато особливостей. Але у випадках найбільш простих (і найбільш поширених) спадкових дефектів - це так. За своїми функціями гени діляться на общеклеточние (вони працюють у всіх клітинах, підтримуючи їх існування) і тканиноспецифічною. Так, гемоглобін потрібен і, відповідно, виробляється тільки в еритроїдних клітинах. У всіх інших він не функціонує, і для клітини не має значення дефектний він чи ні. Тому досить повноцінний ген глобіну запровадити лише клітини еритроїдного ряду. Оскільки ж вони, в свою чергу, утворюються зі стовбурових, то достатньо ввести повноцінний ген (звичайно, у складі адекватної молекулярної конструкції) у відносно невелике і, головне, доступне для такої процедури кількість стовбурових клітин. Через деякий час "не те", стане "тим".

"Хірургічна" генна терапія використовується при таких хворобах, які характеризуються тим, що і гени та їх регуляція в організмі повноцінні. Але виникла патологія в генетичному апараті локальної групи (або груп) клітин. Наприклад, при злоякісних пухлинах. Прибрати б ці клітини з організму, всі до єдиної, і хвороба пішла б. Для досягнення такої мети в генній терапії використовують своєрідний тимчасово-локальний підхід. У разі онкологічних хвороб з біопсійного матеріалу відокремлюють і переводять в культуру опухольпронікающіе лімфоцити. Їх розмножують, вводять в них ген, що кодує відповідний іммунноактівний продукт (інтерлейкін 2, фактор некрозу пухлини і т. д.), і повертають в організм хворого. Такі генетично трансформовані лімфоцити знищують пухлинні клітини. Але час життя лімфоцитів - приблизно місяць. Якщо за цей час вони знищують всі пухлинні клітини - завдання виконане, і самі змінені лімфоцити зникають. Якщо пухлина зруйнована за цей час тільки частково, процедуру повторюють. Введені гени можна раз від разу варіювати. І так - до перемоги. Гени призводять до загибелі пухлини можна вводити й у самі пухлинні клітини. Але загальним принципом тут є те, що після лікування (повного) в організмі не залишається і тих генетично змінених клітин, які таке лікування забезпечили.

При масових патологіях самі гени не порушені. Але в результаті якихось, в різних випадках різних, багаторівневих і множинних подій порушена регуляція функціонування одного або декількох генів. Просте введення в клітини ще одного (або кількох) таких же генів нічого не дає. Адже і власний ген не порушений. А регуляція на те й регулювання, щоб тримати активність на заданому рівні. Почни всі гени функціонувати по максимуму своїх можливостей - організм миттєво піде в рознос. До такої страшної патології навіть природа не додумалася. Тут і хвороби ніякої додаткової не треба. Саме тому більшість генів у людини ткане-і стадіоспеціфіческіе. Вони функціонують на певній стадії індивідуального розвитку і лише в певних тканинах, часто взагалі в обмеженому числі клітин.

Наприклад, діабет. Пошкодження гена інсуліну, що призводять до діабету, описані як унікальні спадкові хвороби. А при інших (практично всіх) випадках цієї хвороби ген інсуліну не порушений. Але функціонує він тільки в -клітинах підшлункової залози (і дуже обмежено - в деяких клітинах центральної нервової системи). А у всіх інших - вимкнений множинною, для надійності, регулюванням. Людина може вмирати від нестачі інсуліну, але регуляція не дозволить включитися ні одному гену інсуліну ні в одній іншій клітці. Тому при генної терапії масових патологій, в силу зазначених особливостей, створюють такі молекулярні конструкції, в яких клітинна регуляція не може вимкнути вводиться ген, хоча на власний, резидентний, вона діє. Досягається це тим, що у гена забираються всі "свої" регуляторні ділянки і ставляться інші. Виникає молекулярна химера - структурний ген (кодує білок) залишається вихідним (у такий же як у клітинах), а регуляторні послідовності беруться від інших генів (часто взагалі не клітинних). Тепер клітина не може вимкнути своєї регуляцією вводиться ззовні ген. І він буде функціонувати на заданому рівні, пішовши від порушеною в організмі регуляції.

Залишається останнє завдання - ввести створену молекулярну конструкцію в клітини організму. Принципово це можна здійснити двома шляхами. Перший шлях передбачає вилучення з організму клітин (стовбурових або взагалі здатних до розмноження), обробку їх створеним генетичним матеріалом (якщо треба - з подальшим відбором і підрощування) і повернення в організм. Другим шляхом молекулярна конструкція вводиться безпосередньо в організм - у кров або прямий ін'єкцією в тканину.

Для того, щоб конструкція увійшла в клітини, її одягають у вірусний капсид, з'єднують з лігандом до відповідного рецептора, поміщають в ліпосом і т. д.

Історія стану на сьогодні і прогноз розвитку на найближчу перспективу генних технологій в медицині.

Рекомбінантні білки

Генна

діагностика

Послідовність генома

Генна

вакцинація

Генна терапія Штучні органи Внутрішньоклітинна імунізація

Білкова

інженерія

Генна інженерія людини
1972 Сформовано уявлення про спільність молекулярних основ живого Створення техніки рекомбінантних ДНК
1980

Перший генно-інженерний синтез пептиду людини (соматостатин) в бактеріях

Перший, санкціонований до застосування, пептид людини (інсулін), отриманий в бактеріях за генно-інженерної технології

Перші несанкціоновані досліди на людях з генної терапії (аргінінемія), званої тоді "генною інженерією людини"

Друга група несанкціонованих дослідів на людях з генної терапії, все ще званої "генною інженерією людини"

Розробка на тварин технологій зміни в поколіннях методами генної інженерії
1990 Широке отримання рекомбінантних білків і пептидів для лікування, імунізації та діагностики

Закладаються основи генної діагностики

Швидке вдосконалення і розширення можливостей генної діагностики

Створено та почав функціонувати проект "Геном людини" Роботи з генної вакцинації з використанням "паралельних" вакцин

Перші санкціоновані досліди на людях з відпрацювання технології генної терапії

Перші санкціоновані досліди на людях з генної терапії з метою лікування

Закладаються основи технологій знищення заданих клітин в організмі. Створення технологій отримання шкіри людини Формування перших уявлень про внутрішньоклітинної вакцинації Розробка загальних теоретичних уявлень білкової інженерії Отримання перших моделей спадкових хвороб на тварин і стрімко набирає темпи розробка технології зміни в поколіннях модельних тварин методами генної інженерії
1997 Масова індустрія, застосування, випробування та одержання нових рекомбінантних білків і пептидів людини для лікування, імунізації та діагностики. Тут вже фактично немає обмежень Перенесення генної діагностики в клініки, розширення її спектру, наростаючі темпи розробки практично прийнятних технологій генної діагностики зигот Стрімко розвивається проект "Геном людини", визначена первинна послідовність більше 10% всіх структурних генів людини Швидко набирають темпи дослідження з генної вакцинації Набирає темпи і розширюється за номенклатурою генна терапія людини з масовою розвивається базою і підготовкою нових можливостей Створення та розробка різних технологій знищення будь-яких заданих клітин на тваринних моделях. Розробка технологій отримання штучних біологічних органів і різних тканин Перші санкціоновані досліди на людях по внутрішньоклітинної імунізації, лавиноподібне зростання досліджень Повільно і дуже важко, але неухильно набирають темпи дослідження з білкової інженерії Масове отримання моделей спадкових хвороб людини на тварин і продовження вдосконалення технології широких змін в поколіннях
2000 Масове застосування рекомбінантних білків в медицині стає рутинним Генна діагностика стає рутинним клінічним аналізом. Початок практичного переходу до діагностики дефектів одночасно декількох генів, а так само патологій, при яких вплив генів виражено "слабо" Визначення чверті всіх структурних генів людини і швидке подальше просування програми "Геном людини" Перші санкціоновані досліди на людях з генної вакцинації Початок клінічного масштабування генної терапії. Перші досліди на людях з генної терапії вікової патології Розробка технологій знищення будь-яких клітин, їх спільнот, тканин і органів. Перші досліди на людях по підсадженні штучно створених біологічних органів і різних тканин Підготовка до масштабування внутрішньоклітинної імунізації Прискорення робіт з білкової інженерії, заснованих на прорив у галузі теорії розрахунку будови і функції білка на основі даних про його первинної структурі Методична готовність для генної терапії на рівні зародкових клітин людини
2010 Рекомбінантні білки і пептиди людини як основні терапевтичні та профілактичні засоби для вживання "ззовні", (ін'єкції, мазі і т.д.) Генна діагностика множинних порушень у геномах - "слабких мутацій" - стає рутинним клінічним дослідженням Закінчення визначення повної послідовності всього геному людини. Перехід на масштабні визначення геномів у індивідуумів Практичне застосування технології генної вакцинації. Забезпечення необхідного функціонування будь-яких введених на постнатальному рівні генів Усунення окремих генетичних дефектів як рутинна клінічна процедура. Клінічне масштабування генної терапії вікової патології Початок масштабованих замін тканин і органів штучно створеними аналогами з модифікованих та вирощених поза організмом клітин даного індивідуума Лікування і профілактика вірусних і пухлинних хвороб на основі внутрішньоклітинної імунізації як рутинна клінічна процедура

Перші санкціоновані досліди на людях з білкової інженерії.

Досліди з білкової інженерії на тварин

Початок санкціонованих дослідів з перетворення людини в поколіннях (генна інженерія на зародкових клітинах)
Початок санкціонованих робіт із широкомасштабної реконструкції людини на постнатальному рівні і в поколіннях

Ймовірно, що читає цей опис, вже зрозумів, що за всією легкістю викладу типу "створення відповідних молекулярних конструкцій", "ген почав функціонувати незважаючи на регуляцію, вимикає свій, такий же, але клітинний ген" і т. д. стоять технічні і технологічні труднощі майже фантастичною складності. Завдання ж полягає в тому, щоб генна терапія з рекордів віртуозів перетворилася на рутинну медичну процедуру. Тому сьогодні вже створено і стрімко розширюється фронт робіт з вирішення такого завдання. Сьогодні на людях випробовують технології генної терапії гемофілії, муковісцидозу, синдрому природженого імунодефіциту, пухлинної хвороби та деяких інших. Лікування більш ніж десятка патологій вже апробовано генної терапією на тварин і проходить шлях формального санкціонування для переходу на людей. Для лікування ще декількох десятків хвороб технології відточуються на тваринах. Для цього створюються спеціальні їх лінії з генетичними дефектами, аналогічними таким при генетично детермінованих хворобах людини.

Оскільки критичний етап, пов'язаний з рішенням принципових питань, пройдений, в генну терапію почали спрямовуватися могутні фірми з практично необмеженими матеріальними і фінансовими можливостями. Це, безумовно, не просто прискорить роботи з доведення генної терапії до клінік, але й розширить сферу її застосування. Вже сьогодні повномасштабно ставиться питання про генну вакцинації, про внутрішньоклітинної імунізації, пересадці генетично адаптованих тканин і органів і т. д. Але реальністю стає й те, що здавалося принципово нерозв'язним - генна терапія різних видів вікової патології. Нами, спільно з групою дослідників під керівництвом академіка В. В. Фролькіса, показано, що можуть бути створені молекулярні конструкції, здатні надавати терапевтичний ефект у старих тварин більш інтенсивно, ніж у молодих. Продемонстровано це на прикладі порушень, пов'язаних з судинами, що саме по собі більш ніж актуально. Але це означає також, що можна створити системи генних впливів і на інші види вікової патології.

Якщо тепер все це звести воєдино, то лякав колись термін "генна терапія людини" виявиться безнадійно застарілим в силу своєї обмеженості. Сьогодні повнорозмірним є комплекс "генних технологій людини", вже початківець плавно переростати в ще більш широкомасштабний комплекс найближчого майбутнього - технології "біологічної реконструкції людини". Для тих, хто не працює в даній області, такі поняття звучать як щось за гранню фантастики. А фахівці розвинених країн прогнозують початок рутинного застосування в клініках перших технологій генної терапії кордоном оканчивающегося століття, тобто всього-то через яких-небудь 3 роки. З наступним крутим наростанням. І для того, щоб уявити собі дуже недалеке майбутнє на піддається прогнозом глибину, можна подивитися на наведену зліва схему.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
42.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Періодизація розвитку міжнародного бізнесу комерційна ера ера експансій ера концесій
Періодизація розвитку міжнародного бізнесу комерційна ера ера експансій ера концесій 2
Періодизація розвитку міжнародного бізнесу комерційна ера ера експансій ера концесій
Допінги і генна терапія
Абсолютна релігія - наукова релігія нової ери
Нова економіка мода чи єдиний шанс для нової країни
Генна інженерія
Генна модифікація
Мезозойська ера
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru